المحاكاة الافتراضية

الموسوعة الحرة

لقطة شاشة لبيئة افتراضية واحدة

في مجال الحوسبة ، تُعرف المحاكاة الافتراضية (أو المحاكاة الافتراضية في اللغة الإنجليزية البريطانية ؛ انظر اختلافات التهجئة ) والمختصرة بـ v12n ، بأنها مجموعة من التقنيات التي تسمح بتقسيم موارد الحوسبة المادية إلى سلسلة من الآلات الافتراضية أو أنظمة التشغيل أو العمليات أو الحاويات. [ 1 ] بدأت المحاكاة الافتراضية في ستينيات القرن الماضي مع نظام IBM CP/CMS . [ 1 ] كان برنامج التحكم CP يزود كل مستخدم بجهاز كمبيوتر System/360 مستقل مُحاكى.

في تقنية المحاكاة الافتراضية للأجهزة ، يُطلق على الجهاز المضيف اسم الجهاز الذي تستخدمه المحاكاة الافتراضية، بينما يُطلق على الجهاز الضيف اسم الجهاز الافتراضي. تُستخدم كلمتا "مضيف" و "ضيف" للتمييز بين البرامج التي تعمل على الجهاز الفعلي والبرامج التي تعمل على الجهاز الافتراضي. يُطلق على البرنامج أو البرنامج الثابت الذي يُنشئ جهازًا افتراضيًا على جهاز المضيف اسم "المشرف" أو "مراقب الجهاز الافتراضي" . [ 2 ] تختلف المحاكاة الافتراضية للأجهزة عن محاكاة الأجهزة . تُسهّل المحاكاة الافتراضية المدعومة بالأجهزة إنشاء مراقب للجهاز الافتراضي، وتسمح بتشغيل أنظمة التشغيل الضيفة بشكل منفصل.

المحاكاة الافتراضية لسطح المكتب هي مفهوم فصل سطح المكتب المنطقي عن الجهاز الفعلي.

يشير مصطلح المحاكاة الافتراضية على مستوى نظام التشغيل ، والمعروف أيضًا باسم الحاويات ، إلى ميزة في نظام التشغيل تسمح فيها النواة بوجود مثيلات متعددة معزولة في مساحة المستخدم .

يتمثل الهدف المعتاد من المحاكاة الافتراضية في مركزية المهام الإدارية مع تحسين قابلية التوسع والاستخدام العام لموارد الأجهزة.

تاريخ

تم عرض شكل من أشكال المحاكاة الافتراضية لأول مرة مع نظام الأبحاث CP-40 من شركة IBM عام 1967، ثم تم توزيعه عبر المصادر المفتوحة في نظام CP/CMS خلال الفترة 1967-1972، وأُعيد تطبيقه في عائلة أنظمة VM من IBM منذ عام 1972 وحتى الآن. تم تزويد كل مستخدم لنظام CP/CMS بجهاز حاسوب افتراضي مستقل. تمتعت كل آلة افتراضية من هذا النوع بكامل إمكانيات الجهاز الأساسي، وبالنسبة للمستخدم، لم يكن بالإمكان تمييزها عن نظام خاص. كانت هذه المحاكاة شاملة، واستندت إلى دليل مبادئ التشغيل الخاص بالأجهزة. وبالتالي، تضمنت عناصر مثل مجموعة التعليمات، والذاكرة الرئيسية، والمقاطعات، والاستثناءات، والوصول إلى الأجهزة. وكانت النتيجة جهازًا واحدًا يمكن استخدامه من قبل العديد من المستخدمين.

ظهرت تقنية المحاكاة الافتراضية المدعومة بالأجهزة لأول مرة على جهاز IBM System/370 عام 1972، لاستخدامها مع نظام VM/370 ، أول نظام تشغيل للآلات الافتراضية. أضافت IBM ذاكرة افتراضية إلى سلسلة System/370 في عام 1972، وهي تختلف عن تقنية Intel VT-x Rings، إذ توفر مستوى امتياز أعلى لبرنامج إدارة الأجهزة الافتراضية (Hypervisor) للتحكم بشكل كامل في الآلات الافتراضية، مما يتطلب الوصول الكامل إلى وضعَي المشرف والبرنامج أو المستخدم.

مع تزايد الطلب على رسومات الحاسوب عالية الدقة (مثل CAD )، فقدت محاكاة الحواسيب المركزية بعض الاهتمام في أواخر السبعينيات، عندما عززت الحواسيب الصغيرة القادمة تخصيص الموارد من خلال الحوسبة الموزعة ، مما أدى إلى تحويل الحواسيب الصغيرة إلى سلعة .

أدى ازدياد القدرة الحاسوبية لكل خادم x86 (وخاصةً الزيادة الكبيرة في عرض نطاق الشبكات الحديثة) إلى إحياء الاهتمام بالحوسبة القائمة على مراكز البيانات، والتي تعتمد على تقنيات المحاكاة الافتراضية. وكان الدافع الرئيسي هو إمكانية دمج الخوادم: إذ سمحت المحاكاة الافتراضية لخادم واحد بتوحيد القدرة الحاسوبية بكفاءة عالية من حيث التكلفة على عدة خوادم مخصصة غير مستغلة بالكامل. وتُعدّ الحوسبة السحابية أبرز سمات العودة إلى جذور الحوسبة، وهي مرادف للحوسبة القائمة على مراكز البيانات (أو الحوسبة الشبيهة بالحاسوب المركزي) عبر شبكات ذات عرض نطاق عالٍ. وترتبط الحوسبة السحابية ارتباطًا وثيقًا بالمحاكاة الافتراضية.

لم تستوفِ بنية x86 الأولية متطلبات المحاكاة الافتراضية لبوبك وغولدبيرغ لتحقيق "المحاكاة الافتراضية الكلاسيكية":

  • التكافؤ : يجب أن يُظهر البرنامج الذي يعمل تحت مراقب الآلة الافتراضية (VMM) سلوكًا مطابقًا بشكل أساسي للسلوك الذي يظهر عند تشغيله على جهاز مكافئ بشكل مباشر
  • التحكم في الموارد (ويسمى أيضًا الأمان ): يجب أن يكون لدى مدير الأجهزة الافتراضية تحكم كامل في الموارد الافتراضية
  • الكفاءة : يجب تنفيذ نسبة كبيرة من تعليمات الآلة إحصائيًا دون تدخل برنامج إدارة الأجهزة الافتراضية (VMM).

هذا ما صعّب تطبيق نظام مراقبة الآلة الافتراضية لهذا النوع من المعالجات. ومن بين القيود المحددة عدم القدرة على اعتراض بعض التعليمات ذات الامتيازات . [ 3 ] ولذلك، وللتعويض عن هذه القيود المعمارية، حقق المصممون محاكاة معمارية x86 من خلال طريقتين: المحاكاة الافتراضية الكاملة أو المحاكاة الافتراضية الجزئية . [ 4 ] كلتا الطريقتين تخلقان وهم وجود مكونات مادية لتحقيق هدف استقلال نظام التشغيل عن المكونات المادية، لكنهما تُقدمان بعض التنازلات في الأداء والتعقيد.

لم تكن المحاكاة الافتراضية الكاملة متاحة بالكامل على منصة x86 قبل عام 2005. وقد اقتربت العديد من برامج إدارة المحاكاة الافتراضية لمنصة x86 من تحقيق المحاكاة الافتراضية الكاملة وادعت ذلك (مثل Adeos و Mac-on-Linux و Parallels Desktop for Mac و Parallels Workstation و VMware Workstation و VMware Server (المعروف سابقًا باسم GSX Server) و VirtualBox و Win4BSD و Win4Lin Pro ).

في عامي 2005 و2006، ابتكرت شركتا إنتل وإيه إم دي (بشكل مستقل) امتدادات جديدة للمعالجات لبنية x86، أُطلق عليها اسم Intel VT-x وAMD-V على التوالي. أما في بنية إيتانيوم ، فتُعرف تقنية المحاكاة الافتراضية المدعومة بالأجهزة باسم VT-i. وقد صدر الجيل الأول من معالجات x86 التي تدعم هذه الامتدادات في أواخر عام 2005 وأوائل عام 2006.

  • في 13 نوفمبر 2005، أصدرت شركة إنتل نموذجين من معالجات بنتيوم 4 (النموذج 662 و672) كأول معالجات إنتل التي تدعم تقنية VT-x.
  • في 23 مايو 2006، أصدرت AMD معالجات Athlon 64 ("Orleans") و Athlon 64 X2 ("Windsor") و Athlon 64 FX ("Windsor") كأول معالجات AMD التي تدعم هذه التقنية.

محاكاة الأجهزة

تُجمّع تقنية المحاكاة الافتراضية للأجهزة (أو المحاكاة الافتراضية للمنصة) موارد الحوسبة عبر جهاز افتراضي واحد أو أكثر . يُنفّذ الجهاز الافتراضي وظائف جهاز كمبيوتر (فعلي) بنظام تشغيل. يُطلق على البرنامج أو البرنامج الثابت الذي يُنشئ الجهاز الافتراضي على الجهاز المضيف اسم برنامج إدارة الأجهزة الافتراضية أو برنامج مراقبة الجهاز الافتراضي . [ 2 ]

يتم فصل البرامج التي تُنفذ على هذه الأجهزة الافتراضية عن موارد الأجهزة الأساسية. على سبيل المثال، قد يستضيف جهاز كمبيوتر يعمل بنظام Arch Linux جهازًا افتراضيًا يُشبه جهاز كمبيوتر يعمل بنظام التشغيل Microsoft Windows ؛ ويمكن تشغيل البرامج المستندة إلى Windows على الجهاز الافتراضي. [ 5 ] [ 6 ]

تشمل الأنواع المختلفة لتقنية المحاكاة الافتراضية للأجهزة ما يلي:

  • المحاكاة الافتراضية الكاملة - محاكاة افتراضية شبه كاملة للأجهزة الفعلية للسماح لبيئات البرامج، بما في ذلك نظام التشغيل الضيف وتطبيقاته، بالعمل دون تعديل.
  • المحاكاة الافتراضية الجزئية – تُنفَّذ تطبيقات الضيف في نطاقات معزولة خاصة بها، كما لو كانت تعمل على نظام منفصل، ولكن لا تتم محاكاة بيئة الأجهزة. يجب تعديل برامج الضيف خصيصًا لتشغيلها في هذه البيئة.
  • المحاكاة الافتراضية الهجينة - هي في الغالب محاكاة افتراضية كاملة ولكنها تستخدم برامج تشغيل المحاكاة الافتراضية الجزئية لزيادة أداء الآلة الافتراضية .

محاكاة افتراضية كاملة

مخطط منطقي للمحاكاة الافتراضية الكاملة

تعتمد المحاكاة الافتراضية الكاملة على تقنيات تجمع موارد الحاسوب المادية في مثيل واحد أو أكثر؛ حيث يُشغّل كل مثيل بيئة افتراضية يمكن فيها تشغيل أي برنامج أو نظام تشغيل قادر على العمل على العتاد الفعلي. تُستخدم عادةً تقنيتان شائعتان للمحاكاة الافتراضية الكاملة: (أ) الترجمة الثنائية، و(ب) المحاكاة الافتراضية الكاملة المدعومة بالعتاد. [ 1 ] تُعدّل الترجمة الثنائية البرنامج تلقائيًا أثناء التشغيل لاستبدال التعليمات التي "تخترق الآلة الافتراضية" بتسلسل تعليمات مختلف وآمن للآلة الافتراضية. [ 7 ] تسمح المحاكاة الافتراضية المدعومة بالعتاد بتشغيل أنظمة التشغيل الضيفة بشكل منفصل دون أي تعديل يُذكر على نظام التشغيل (الضيف).

يتطلب المحاكاة الافتراضية الكاملة أن تنعكس كل ميزة بارزة للأجهزة في واحدة من عدة آلات افتراضية  - بما في ذلك مجموعة التعليمات الكاملة وعمليات الإدخال/الإخراج والمقاطعات والوصول إلى الذاكرة وأي عناصر أخرى يستخدمها البرنامج الذي يعمل على الجهاز الأساسي ، والذي من المفترض أن يعمل في آلة افتراضية.

تم ابتكار هذا النهج في عام 1966 مع جهازي IBM CP-40 و CP-67 ، وهما سلفان لعائلة VM .

الترجمة الثنائية

تقوم بعض برامج إدارة الأجهزة الافتراضية (Hypervisor) بترجمة ثنائية بين النظام الضيف والنظام المضيف، سواءً بين بنيتين مختلفتين لمجموعات التعليمات أو بين نظام ضيف ونظام مضيف يستخدمان نفس مجموعة التعليمات. وقد يُصمَّم برنامج إدارة الأجهزة الافتراضية لتفسير رمز الآلة الخاص بالنظام الضيف مباشرةً أو لتوليد رمز آلة لبنية النظام المضيف في شكل ترجمة ثنائية ديناميكية .

تُجري معظم برامج إدارة الأجهزة الافتراضية الشائعة، بما في ذلك تلك التي تستخدم مكونات مادية لدعم المحاكاة الافتراضية، ترجمةً ثنائيةً لبعض التعليمات المتعلقة بالوصول إلى المكونات المادية. في هذه الحالة، يقوم برنامج إدارة الأجهزة الافتراضية باعتراض التعليمات وتنفيذ الوظائف اللازمة لمحاكاة الأجهزة المطلوبة. كما قد تُصمَّم برامج إدارة الأجهزة الافتراضية التي تُجري الترجمة الثنائية لاستبدال التعليمات داخل بيئة النظام الضيف لتحسين الأمان أو الأداء.

بمساعدة الأجهزة

تُعدّ المحاكاة الافتراضية المدعومة بالأجهزة (أو المحاكاة الافتراضية المُسرّعة؛ ويُطلق عليها في Xen اسم الآلة الافتراضية للأجهزة (HVM)، بينما تُطلق عليها في Virtual Iron اسم المحاكاة الافتراضية الأصلية) طريقةً لتحسين الكفاءة العامة للمحاكاة الافتراضية للأجهزة باستخدام معالجات النظام المضيف. وتُستخدم المحاكاة الافتراضية الكاملة لمحاكاة بيئة أجهزة كاملة، أو آلة افتراضية ، حيث يعمل نظام تشغيل ضيف غير مُعدّل (باستخدام نفس مجموعة التعليمات الخاصة بالجهاز المضيف) بشكل فعّال في عزلة تامة.

تم تقديم تقنية المحاكاة الافتراضية المدعومة بالأجهزة لأول مرة على معالجات IBM 308X في عام 1980، مع تعليمة بدء التنفيذ التفسيري (SIE). [ 8 ] تمت إضافتها إلى معالجات x86 ( Intel VT-x أو AMD-V أو VIA VT ) في أعوام 2005 و2006 و2010 [ 9 ] على التوالي.

تُقدّم شركة IBM تقنية المحاكاة الافتراضية للأجهزة لأنظمة IBM Power Systems الخاصة بها لأنظمة AIX و Linux و IBM i ، ولأجهزة IBM Z الرئيسية . وتُشير IBM إلى هذا النوع من المحاكاة الافتراضية للأجهزة باسم "التقسيم المنطقي"، أو اختصاراً LPAR .

تُقلل تقنية المحاكاة الافتراضية المدعومة بالأجهزة من أعباء الصيانة الإضافية للمحاكاة الافتراضية القائمة على الترجمة الثنائية، إذ تُقلل (أو تُزيل تمامًا) الشيفرة التي تحتاج إلى ترجمة في نظام التشغيل الضيف. كما أنها تُسهّل بشكل كبير الحصول على أداء أفضل.

المحاكاة الافتراضية

المحاكاة الافتراضية الجزئية هي تقنية محاكاة افتراضية تُقدّم واجهة برمجية للأجهزة الافتراضية ، تُشابه، وإن لم تكن مطابقة تمامًا، واجهة البرمجيات والأجهزة الأساسية. تُحسّن المحاكاة الافتراضية الجزئية الأداء والكفاءة، مقارنةً بالمحاكاة الافتراضية الكاملة، من خلال تمكين نظام التشغيل الضيف من التواصل مع برنامج إدارة الأجهزة الافتراضية (Hypervisor). وبإتاحة الفرصة لنظام التشغيل الضيف لتوضيح نواياه لبرنامج إدارة الأجهزة الافتراضية، يُمكن لكليهما التعاون لتحقيق أداء أفضل عند التشغيل داخل جهاز افتراضي.

تهدف الواجهة المُعدّلة إلى تقليل وقت تنفيذ النظام الضيف الذي يُستغرق في تنفيذ العمليات التي يصعب تنفيذها في بيئة افتراضية مقارنةً بالبيئة غير الافتراضية. توفر تقنية المحاكاة الافتراضية الجزئية "روابط" مُحددة خصيصًا لتمكين النظام الضيف والمضيف من طلب هذه المهام وتأكيدها، والتي كان سيتم تنفيذها في النطاق الافتراضي (حيث يكون أداء التنفيذ أسوأ). قد تُتيح منصة المحاكاة الافتراضية الجزئية الناجحة تبسيط مُراقب الآلة الافتراضية (عن طريق نقل تنفيذ المهام الحرجة من النطاق الافتراضي إلى نطاق المضيف)، و/أو تقليل التدهور العام في أداء تنفيذ الآلة داخل النظام الضيف الافتراضي.

تتطلب تقنية المحاكاة الافتراضية الجزئية تعديل نظام التشغيل الضيف بشكل صريح ليتوافق مع واجهة برمجة التطبيقات الخاصة بها . مع ذلك، يمكن تشغيل توزيعة نظام تشغيل تقليدية غير مُهيأة للمحاكاة الافتراضية الجزئية على جهاز إدارة افتراضية (VMM) يدعم هذه التقنية. وحتى في الحالات التي يتعذر فيها تعديل نظام التشغيل، قد تتوفر مكونات تُتيح العديد من مزايا الأداء الهامة للمحاكاة الافتراضية الجزئية. على سبيل المثال، يوفر مشروع Xen Windows GPLPV مجموعة من برامج تشغيل الأجهزة المُهيأة للمحاكاة الافتراضية الجزئية، والمُصممة للتثبيت على نظام تشغيل ضيف افتراضي يعمل بنظام Microsoft Windows على برنامج Xen Hypervisor. [ 10 ] عادةً ما تكون هذه التطبيقات متاحة عبر بيئة واجهة الجهاز الافتراضي الجزئي. وهذا يضمن توافق وضع التشغيل عبر نماذج خوارزميات التشفير المتعددة، مما يسمح بالتكامل السلس ضمن إطار عمل المحاكاة الافتراضية الجزئية. [ 11 ]

تاريخ

استُخدم مصطلح "المحاكاة الافتراضية الجزئية" لأول مرة في الأدبيات البحثية بالتزامن مع برنامج إدارة الآلات الافتراضية Denali . [ 12 ] ويُستخدم المصطلح أيضًا لوصف برامج إدارة الآلات الافتراضية Xen و L4 وTRANGO و VMware و Wind River وXtratuM . تستخدم جميع هذه المشاريع، أو يمكنها استخدام، تقنيات المحاكاة الافتراضية الجزئية لدعم الآلات الافتراضية عالية الأداء على معالجات x86، وذلك من خلال تنفيذ آلة افتراضية لا تُنفّذ الأجزاء التي يصعب محاكاتها افتراضيًا من مجموعة تعليمات x86 الفعلية. [ 13 ]

في عام 2005، اقترحت شركة VMware واجهةً للمحاكاة الافتراضية الجزئية، وهي واجهة الآلة الافتراضية (VMI)، كآلية اتصال بين نظام التشغيل الضيف وبرنامج إدارة الأجهزة الافتراضية. وقد مكّنت هذه الواجهة من المحاكاة الافتراضية الجزئية الشفافة، حيث يمكن تشغيل نسخة ثنائية واحدة من نظام التشغيل إما على الأجهزة الأصلية أو على برنامج إدارة الأجهزة الافتراضية في وضع المحاكاة الافتراضية الجزئية.

ظهر أول دعم للمحاكاة الافتراضية في لينكس مع دمج منفذ ppc64 في عام 2002، [ 14 ] والذي دعم تشغيل لينكس كضيف افتراضي على أجهزة IBM pSeries (RS/6000) و iSeries (AS/400).

في مؤتمر USENIX عام 2006 في بوسطن، ماساتشوستس ، تعاون عدد من مطوري لينكس (بما في ذلك IBM وVMware وXen وRed Hat) على شكل بديل من المحاكاة الافتراضية الجزئية، طُوِّر في البداية بواسطة مجموعة Xen، ويُطلق عليه اسم "paravirt-ops". [ 15 ] أُدرج كود paravirt-ops (الذي يُختصر غالبًا إلى pv-ops) في نواة لينكس الرئيسية بدءًا من الإصدار 2.6.23، وهو يوفر واجهة مستقلة عن برنامج إدارة المحاكاة الافتراضية بين برنامج إدارة المحاكاة الافتراضية ونواة النظام الضيف. بدأ دعم توزيعات لينكس لنواة pv-ops الضيف مع Ubuntu 7.04 وRed Hat 9. تدعم برامج إدارة المحاكاة الافتراضية Xen، المبنية على أي نواة 2.6.24 أو أحدث، أنظمة pv-ops الضيفة، وكذلك منتج Workstation من VMware بدءًا من الإصدار 6. [ 16 ]

المحاكاة الافتراضية الهجينة

تجمع تقنية المحاكاة الافتراضية الهجينة بين تقنيات المحاكاة الافتراضية الكاملة وبرامج التشغيل شبه الافتراضية للتغلب على القيود التي تفرضها المحاكاة الافتراضية الكاملة المدعومة بالأجهزة. [ 17 ]

تعتمد طريقة المحاكاة الافتراضية الكاملة المدعومة بالأجهزة على نظام تشغيل ضيف غير معدل، مما يؤدي إلى العديد من عمليات اعتراض الأجهزة الافتراضية التي تُنتج عبئًا كبيرًا على وحدة المعالجة المركزية، الأمر الذي يحد من قابلية التوسع وكفاءة دمج الخوادم. [ 18 ] أما طريقة المحاكاة الافتراضية الهجينة فتتغلب على هذه المشكلة.

محاكاة سطح المكتب

تفصل تقنية المحاكاة الافتراضية لسطح المكتب سطح المكتب المنطقي عن الجهاز الفعلي.

يُعدّ أحد أشكال محاكاة سطح المكتب، وهو البنية التحتية لسطح المكتب الافتراضي (VDI)، شكلاً أكثر تطوراً من محاكاة الأجهزة. فبدلاً من التفاعل المباشر مع الحاسوب المضيف عبر لوحة المفاتيح والفأرة والشاشة، يتفاعل المستخدم مع الحاسوب المضيف باستخدام حاسوب مكتبي آخر أو جهاز محمول عبر اتصال شبكي، مثل شبكة محلية (LAN ) أو شبكة لاسلكية (WLAN) أو حتى الإنترنت . إضافةً إلى ذلك، يصبح الحاسوب المضيف في هذه الحالة خادمًا قادرًا على استضافة عدة أجهزة افتراضية في الوقت نفسه لعدة مستخدمين. [ 19 ]

تُقدّم شركات مثل HP و IBM نموذج VDI هجينًا مع مجموعة من برامج المحاكاة الافتراضية ونماذج التوزيع لتحسين قيود الحوسبة الموزعة للعملاء . [ 20 ] تنقل بيئات العملاء المختارة أحمال العمل من أجهزة الكمبيوتر الشخصية والأجهزة الأخرى إلى خوادم مركز البيانات، مما يُنشئ عملاء افتراضيين مُدارين بكفاءة، مع استضافة التطبيقات وبيئات تشغيل العملاء على الخوادم ووحدات التخزين في مركز البيانات. بالنسبة للمستخدمين، هذا يعني إمكانية الوصول إلى سطح المكتب الخاص بهم من أي مكان، دون التقيد بجهاز عميل واحد. نظرًا لمركزية الموارد، يُمكن للمستخدمين الذين يتنقلون بين مواقع العمل الوصول إلى بيئة العميل نفسها مع تطبيقاتهم وبياناتهم. [ 20 ] بالنسبة لمسؤولي تقنية المعلومات، هذا يعني بيئة عميل أكثر مركزية وكفاءة، وأسهل في الصيانة، وقادرة على الاستجابة بشكل أسرع للاحتياجات المتغيرة للمستخدم والعمل. [ 21 ] يُتيح شكل آخر، وهو محاكاة الجلسات، لعدة مستخدمين الاتصال وتسجيل الدخول إلى جهاز كمبيوتر مشترك ولكنه قوي عبر الشبكة واستخدامه في وقت واحد. يُمنح كل مستخدم سطح مكتب ومجلدًا شخصيًا لتخزين ملفاته. [ 19 ] مع تكوين متعدد المقاعد ، يمكن إنجاز محاكاة الجلسة باستخدام جهاز كمبيوتر واحد مع شاشات متعددة ولوحات مفاتيح وفأرات متصلة.

تُعدّ أجهزة العميل الخفيف ، التي تُستخدم في تقنية المحاكاة الافتراضية لأجهزة سطح المكتب، أجهزة كمبيوتر بسيطة و/أو رخيصة مصممة أساسًا للاتصال بالشبكة. قد تفتقر هذه الأجهزة إلى مساحة تخزين كبيرة على القرص الصلب ، أو ذاكرة وصول عشوائي (RAM) ، أو حتى قوة معالجة كافية ، ولكن بدأت العديد من المؤسسات في دراسة جدوى التخلص من أجهزة سطح المكتب "الثقيلة" المليئة بالبرامج (والتي تتطلب رسوم ترخيص البرامج) والتركيز على الاستثمارات الاستراتيجية. [ 22 ]

تُسهّل تقنية المحاكاة الافتراضية لسطح المكتب إدارة إصدارات البرامج وتحديثاتها، حيث يتم تحديث الصورة الجديدة على الخادم، ويحصل سطح المكتب على الإصدار المُحدّث عند إعادة تشغيله. كما تُتيح هذه التقنية تحكمًا مركزيًا في التطبيقات التي يُسمح للمستخدم بالوصول إليها على محطة العمل.

يؤدي نقل أجهزة سطح المكتب الافتراضية إلى السحابة إلى إنشاء أجهزة سطح مكتب افتراضية مستضافة (HVDs)، حيث تتم إدارة صور سطح المكتب وصيانتها مركزياً بواسطة شركة استضافة متخصصة. تشمل المزايا قابلية التوسع وتقليل النفقات الرأسمالية، والتي يتم استبدالها بتكلفة تشغيل شهرية. [ 23 ]

الحاويات

يشير المحاكاة الافتراضية على مستوى نظام التشغيل، والمعروفة أيضًا باسم الحاويات ، إلى ميزة في نظام التشغيل تسمح فيها النواة بوجود عدة نسخ معزولة من مساحة المستخدم . قد تبدو هذه النسخ، التي تُسمى حاويات [ 24 ] أو أقسامًا أو بيئات افتراضية أو سجونًا ( مثل سجن FreeBSD أو سجن chroot )، كأجهزة كمبيوتر (فعلية) من وجهة نظر البرامج التي تعمل بداخلها. يستطيع برنامج كمبيوتر يعمل على نظام تشغيل عادي رؤية جميع موارد ذلك الكمبيوتر (الأجهزة المتصلة، والملفات والمجلدات، ومشاركات الشبكة ، وقوة المعالج، وقدرات الأجهزة القابلة للقياس). مع ذلك، لا تستطيع البرامج التي تعمل داخل حاوية رؤية سوى محتويات الحاوية والأجهزة المخصصة لها.

يوفر هذا العديد من المزايا التي تتمتع بها الآلات الافتراضية مثل التوحيد القياسي وقابلية التوسع، مع استخدام موارد أقل حيث تتم مشاركة النواة بين الحاويات. [ 25 ]

بدأت تقنية الحاويات تكتسب أهمية في عام 2014، مع ظهور Docker . [ 26 ] [ 27 ]

أنواع متنوعة

برمجة
ذاكرة
  • محاكاة الذاكرة : يُعرف مفهوم تجميع موارد ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) من أنظمة شبكية متعددة في مجمع ذاكرة موحد باسم الذاكرة المفككة ، أو تجميع الذاكرة ، أو الوصول إلى الذاكرة عن بُعد . يهدف هذا التصميم إلى التغلب على قيود الذاكرة التقليدية للنظام الواحد، وذلك بتمكين أجهزة كمبيوتر أو عُقد متعددة من مشاركة ذاكرتها بكفاءة عالية وزمن استجابة منخفض.
  • الذاكرة الافتراضية : تعطي التطبيق انطباعًا بأن لديه ذاكرة عاملة متجاورة، مما يعزله عن تنفيذ الذاكرة الفعلية الأساسية
تخزين
بيانات
  • محاكاة البيانات : عرض البيانات كطبقة مجردة، مستقلة عن أنظمة قواعد البيانات والهياكل والتخزين الأساسية
  • محاكاة قواعد البيانات : فصل طبقة قاعدة البيانات، التي تقع بين طبقتي التخزين والتطبيق ضمن حزمة التطبيقات بشكل عام.
شبكة

المزايا والعيوب

أثبتت تقنية المحاكاة الافتراضية، وخاصة المحاكاة الافتراضية الكاملة، فائدتها في المجالات التالية:

  • مشاركة نظام حاسوبي بين عدة مستخدمين؛
  • عزل المستخدمين عن بعضهم البعض (وعن برنامج التحكم)؛
  • محاكاة الأجهزة الجديدة لتحقيق موثوقية وأمان وإنتاجية محسّنة.

يتمثل أحد الأهداف الشائعة للتقنية الافتراضية في مركزية المهام الإدارية مع تحسين قابلية التوسع والاستخدام الأمثل لموارد الأجهزة. فباستخدام التقنية الافتراضية، يمكن تشغيل عدة أنظمة تشغيل بالتوازي على وحدة معالجة مركزية واحدة . ويساهم هذا التوازي في تقليل التكاليف العامة، ويختلف عن تعدد المهام الذي يتضمن تشغيل عدة برامج على نظام التشغيل نفسه. وباستخدام التقنية الافتراضية، تستطيع المؤسسة إدارة التحديثات والتغييرات السريعة التي تطرأ على نظام التشغيل والتطبيقات بشكل أفضل دون التأثير على تجربة المستخدم.

في نهاية المطاف، تُحسّن المحاكاة الافتراضية بشكلٍ كبير كفاءة وتوافر الموارد والتطبيقات في المؤسسة. فبدلاً من الاعتماد على النموذج القديم "خادم واحد، تطبيق واحد" الذي يؤدي إلى عدم استغلال الموارد بالشكل الأمثل، يتم تطبيق الموارد الافتراضية ديناميكيًا لتلبية احتياجات العمل دون أي فائض. [ 29 ]

تتطلب الأجهزة الافتراضية التي تعمل بأنظمة تشغيل احتكارية ترخيصًا، بغض النظر عن نظام تشغيل الجهاز المضيف. على سبيل المثال، يتطلب تثبيت نظام التشغيل مايكروسوفت ويندوز على جهاز افتراضي استيفاء متطلبات الترخيص الخاصة به. [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 رودريغيز هارو، فرناندو؛ فريتاج، فيليكس؛ نافارو، لياندرو؛ هيرنانشيز سانشيز، إفراين؛ فارياس ميندوزا، نيكاندرو؛ غيريرو إيبانيز، خوان أنطونيو؛ غونزاليس بوتس ، أبولينار (2012/01/01). "ملخص لتقنيات المحاكاة الافتراضية" . تقنية بروسيديا . المؤتمر الأيبيري الأمريكي لعام 2012 حول هندسة الإلكترونيات وعلوم الكمبيوتر. 3 : 267-272 . دوى : 10.1016/j.protcy.2012.03.029 . اتش دي ال : 2117/19378 . ISSN 2212-0173 . 
  2. 1 2 توربان، إي؛ كينغ، دي؛ لي، جيه؛ فيهلاند، دي (2008). "19". التجارة الإلكترونية: منظور إداري (ملف PDF) (الطبعة الخامسة ). برنتيس هول. ص 27. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 21-05-2009 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27-05-2023 .  
  3. ↑ آدامز، كيث. "مقارنة بين تقنيات البرمجيات والأجهزة لتقنية المحاكاة الافتراضية x86" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 20 أغسطس 2010. تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 يناير 2013 .
  4. ↑ كريس باركلي، نهج جديد لمحاكاة x86s ، عالم الشبكات ، 20 أكتوبر 2006
  5. ↑ توربان، إي؛ كينغ، دي؛ لي، جيه؛ فيهلاند، دي (2008). "الفصل 19: بناء تطبيقات وبنية تحتية للتجارة الإلكترونية". التجارة الإلكترونية: منظور إداري . برنتيس هول. ص 27. 
  6. ↑ "الافتراضية في التعليم" ( ملف PDF) . شركة IBM . أكتوبر 2007. تاريخ الاطلاع: 6 يوليو 2010. الحاسوب الافتراضي هو تمثيل منطقي للحاسوب في البرمجيات. من خلال فصل المكونات المادية عن نظام التشغيل، توفر الافتراضية مرونة تشغيلية أكبر وتزيد من معدل استخدام المكونات المادية الأساسية.
  7. ↑ VMware (11 سبتمبر 2007). "فهم المحاكاة الافتراضية الكاملة، والمحاكاة الافتراضية الجزئية، ودعم الأجهزة" (ملف PDF) . VMware . مؤرشف من النسخة الأصلية (PDF) بتاريخ 11 مايو 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 مايو 2021 .
  8. ↑ التنفيذ التفسيري لبنية IBM System/370 الموسعة (ملف PDF) (الطبعة الأولى ). IBM. يناير 1984. SA22-7095-0 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 أكتوبر 2022 . 
  9. ↑ "شركة VIA تُعلن عن معالجات VIA Nano 3000 الجديدة" . www.via.com.tw (بيان صحفي). مؤرشف من الأصل بتاريخ 22 يناير 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 أكتوبر 2022 .
  10. ↑ "تثبيت برامج تشغيل GPLPV الموقعة في بيئات ويندوز زين" . ويكي يونيفنشن . تاريخ الاسترجاع: 10 أبريل 2013. برنامج تشغيل GPLPV هو برنامج تشغيل لنظام مايكروسوفت ويندوز، يمكّن أنظمة ويندوز DomU المُحاكاة افتراضيًا في زين من الوصول إلى برامج تشغيل الشبكة والحظر الخاصة بـ Xen Dom0. يوفر هذا تحسينًا كبيرًا في الأداء والموثوقية مقارنةً بالأجهزة القياسية التي تحاكيها أنظمة زين/كيمو/كيه في إم.
  11. ↑ أرمسترونغ، د. (2011). "مشكلات الأداء في الحوسبة السحابية: تقييم لانتشار الصور الافتراضية والمحاكاة الافتراضية للإدخال/الإخراج". مجلة الكمبيوتر . 54 (6): 836-849 . doi : 10.1093/comjnl/bxr011 .
  12. ↑ أ. ويتاكر؛ م. شو؛ إس. دي. غريبل (2002). "دينالي: آلات افتراضية خفيفة الوزن للتطبيقات الموزعة والشبكية" . تقرير فني من جامعة واشنطن. مؤرشف من الأصل بتاريخ 14 يناير 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 ديسمبر 2006 .
  13. ↑ ستروبل، ماريوس (2013). المحاكاة الافتراضية للأنظمة المدمجة الموثوقة . ميونخ: دار نشر GRIN GmbH. ص 54، 63. ISBN  978-3-656-49071-5.
  14. ↑ أنطون بلانشارد. "إضافة دعم ppc64" . kernel.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24-04-2024 .
  15. ↑ "XenParavirtOps – Xen" . Wiki.xenproject.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2017-03-03 .
  16. ↑ "VMware تُقدّم دعمًا للمحاكاة الافتراضية عبر المنصات - VMware" . VMware. 16 مايو 2008. مؤرشف من الأصل في 13 أبريل 2011.
  17. ↑ جون ناكاجيما وأسيت ك. ماليك، "المحاكاة الافتراضية الهجينة - المحاكاة الافتراضية المحسنة لنظام التشغيل لينكس" مؤرشفة في 2009-01-07 في Wayback Machine ، في وقائع ندوة لينكس ، أوتاوا، يونيو 2007.
  18. ↑ انظر "الافتراضية الهجينة: الجيل التالي من زين لينكس" . مؤرشف في 20 مارس 2009، على موقع Wayback Machine
  19. 1 2 "استراتيجيات تبني التوجه الاستهلاكي" (ملف PDF) . شركة مايكروسوفت. أبريل 2011. ص 9. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 15 أغسطس 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 يوليو 2011 . 
  20. 1 2 تشيرنيكوف، ديفيد (19 أغسطس 2011). "تقنية HP VDI تنتقل إلى مركز الصدارة" . ZDNet .
  21. ↑ بابوراجان، راجاني (24 أغسطس 2011). "فرصة سوق التخزين السحابي المتنامية تعزز مكانة الموردين" . إنفوتك . مؤرشف من الأصل في 6 يناير 2012. تم الاطلاع عليه في 24 أغسطس 2011 .
  22. ↑ "تقنية المحاكاة الافتراضية لأجهزة سطح المكتب تحاول إيجاد مكانها في المؤسسات" . Dell.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 19-06-2012 .
  23. ↑ "HVD: الجانب المشرق للسحابة" (ملف PDF) . شركة Intrinsic Technology. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 2 أكتوبر 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 أغسطس 2012 .
  24. ↑ هوغ، سكوت (26-05-2014). "حاويات البرمجيات: تُستخدم أكثر مما يدركه معظم الناس" . عالم الشبكات . شركة عالم الشبكات . تم الاسترجاع في 09-07-2015 .
  25. ↑ غاندي، راجيف (2019-02-06). "فوائد الحاويات وما تعنيه لك" . مدونة IBM . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15-03-2024 .
  26. ↑ فوغان-نيكولز، ستيفن ج. (21 مارس 2018). "ما هو دوكر ولماذا يحظى بشعبية كبيرة؟" . زد نت . سي بي إس إنتراكتيف .
  27. ↑ بتلر، براندون (10 يونيو 2014). "Docker 101: ما هو ولماذا هو مهم" . عالم الشبكات . IDG .
  28. ↑ "الورقة البيضاء لمجموعة أنظمة المؤسسات، الصفحة 5" (ملف PDF) . ورقة بيضاء لمجموعة استراتيجية المؤسسات، كتبها ونشرها مارك بيترز في 20 أغسطس 2011. أُرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) في 30 مارس 2012. تم الاطلاع عليه في 18 يوليو 2013 .
  29. ↑ "الافتراضية في التعليم" (ملف PDF) . شركة IBM . أكتوبر 2007. تم الاطلاع عليه في 6 يوليو 2010 .
  30. ↑ فولي، ماري جو (5 يوليو 2012). "مايكروسوفت تُعلن عن إصدارات ويندوز سيرفر 2012 وتراخيصها" . ZDNet . CBS Interactive . أوضح فين أن الإصدار القياسي يغطي معالجين في المضيف، وينتقل من بيئة نظام تشغيل افتراضية واحدة (VOSE) - تثبيت قياسي مجاني واحد في جهاز افتراضي على ذلك المضيف - إلى بيئتين، و"يحتوي الآن على جميع ميزات وقابلية توسع مركز البيانات". وأشار إلى وجود زيادة طفيفة في السعر، لكنه قال إنه يعتقد أن ذلك لن يُحدث فرقًا، لأنه "يجب أن يكون افتراضيًا على أي حال، وسيُعوض مضاعفة حقوق VOSE ذلك". كان ويندوز سيرفر مركز البيانات يتطلب ترخيصين كحد أدنى لمعالج واحد مع عدد غير محدود من بيئات VOSE. وقال فين: "الآن أصبح إصدارًا أبسط يغطي معالجين في المضيف مع عدد غير محدود من بيئات VOSE".
  31. ↑ "الأسئلة الشائعة حول ترخيص وتسعير Windows Server 2012" (ملف PDF) . مايكروسوفت . تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 يوليو 2012 .
  32. ↑ os os 17 desktop_os_for_virtual_machines.pdf "ترخيص نظام التشغيل Mac OS 17 Code Red للاستخدام مع الأجهزة الافتراضية" (ملف PDF) . microsoft.com . مايكروسوفت . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 ديسمبر 2018 .{{cite web}}: تحقق من |url=القيمة ( مساعدة )